Zookeeper leader選舉

Leader 選舉是保證分布式數(shù)據(jù)一致性的關(guān)鍵所在。Leader 選舉分為 Zookeeper 集群初始化啟動時選舉和 Zookeeper 集群運行期間 Leader 重新選舉兩種情況。在講解 Leader 選舉前先了解一下 Zookeeper 節(jié)點 4 種可能狀態(tài)和事務(wù)ID概念。

1、Zookeeper 節(jié)點狀態(tài)

• LOOKING：尋找 Leader 狀態(tài)，處于該狀態(tài)需要進(jìn)入選舉流程
• LEADING：領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)，處于該狀態(tài)的節(jié)點說明是角色已經(jīng)是 Leader
• FOLLOWING：跟隨者狀態(tài)，表示 Leader 已經(jīng)選舉出來，當(dāng)前節(jié)點角色是 follower
• OBSERVER：觀察者狀態(tài)，表明當(dāng)前節(jié)點角色是 observer

2、事務(wù)ID

ZooKeeper 狀態(tài)的每次變化都接收一個 ZXID（ZooKeeper 事務(wù) id）形式的標(biāo)記。ZXID 是一個 64 位的數(shù)字，由 Leader 統(tǒng)一分配，全局唯一，不斷遞增。ZXID 展示了所有的ZooKeeper 的變更順序。每次變更會有一個唯一的 zxid，如果 zxid1 小于 zxid2 說明 zxid1 在 zxid2 之前發(fā)生。

3、Zookeeper 集群初始化啟動時 Leader 選舉

若進(jìn)行 Leader 選舉，則至少需要兩臺機器，這里選取 3 臺機器組成的服務(wù)器集群為例。初始化啟動期間 Leader 選舉流程如下圖所示。

在集群初始化階段，當(dāng)有一臺服務(wù)器 ZK1 啟動時，其單獨無法進(jìn)行和完成 Leader 選舉，當(dāng)?shù)诙_服務(wù)器 ZK2 啟動時，此時兩臺機器可以相互通信，每臺機器都試圖找到 Leader，于是進(jìn)入 Leader 選舉過程。選舉過程開始，過程如下：　　

(1) 每個Server發(fā)出一個投票。由于是初始情況，ZK1 和 ZK2 都會將自己作為 Leader 服務(wù)器來進(jìn)行投票，每次投票會包含所推舉的服務(wù)器的 myid 和 ZXID，使用(myid, ZXID)來表示，此時 ZK1 的投票為(1, 0)，ZK2 的投票為(2, 0)，然后各自將這個投票發(fā)給集群中其他機器?！　?/p>

(2) 接受來自各個服務(wù)器的投票。集群的每個服務(wù)器收到投票后，首先判斷該投票的有效性，如檢查是否是本輪投票、是否來自 LOOKING 狀態(tài)的服務(wù)器?！　?/p>

(3) 處理投票。針對每一個投票，服務(wù)器都需要將別人的投票和自己的投票進(jìn)行比較，規(guī)則如下　　　　

• 優(yōu)先檢查 ZXID。ZXID 比較大的服務(wù)器優(yōu)先作為 Leader。
• 如果 ZXID 相同，那么就比較 myid。myid 較大的服務(wù)器作為Leader服務(wù)器。

    對于 ZK1 而言，它的投票是(1, 0)，接收 ZK2 的投票為(2, 0)，首先會比較兩者的 ZXID，均為 0，再比較 myid，此時 ZK2 的 myid 最大，于是 ZK2 勝。ZK1 更新自己的投票為(2, 0)，并將投票重新發(fā)送給 ZK2。　　

(4) 統(tǒng)計投票。每次投票后，服務(wù)器都會統(tǒng)計投票信息，判斷是否已經(jīng)有過半機器接受到相同的投票信息，對于 ZK1、ZK2 而言，都統(tǒng)計出集群中已經(jīng)有兩臺機器接受了(2, 0)的投票信息，此時便認(rèn)為已經(jīng)選出 ZK2 作為Leader。　　

(5) 改變服務(wù)器狀態(tài)。一旦確定了 Leader，每個服務(wù)器就會更新自己的狀態(tài)，如果是Follower，那么就變更為 FOLLOWING，如果是 Leader，就變更為 LEADING。當(dāng)新的 Zookeeper 節(jié)點 ZK3 啟動時，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有 Leader 了，不再選舉，直接將直接的狀態(tài)從 LOOKING 改為 FOLLOWING。

4、Zookeeper 集群運行期間 Leader 重新選

在 Zookeeper 運行期間，如果 Leader 節(jié)點掛了，那么整個 Zookeeper 集群將暫停對外服務(wù)，進(jìn)入新一輪Leader選舉。假設(shè)正在運行的有 ZK1、ZK2、ZK3 三臺服務(wù)器，當(dāng)前 Leader 是 ZK2，若某一時刻 Leader 掛了，此時便開始 Leader 選舉。選舉過程如下圖所示。

 

(1) 變更狀態(tài)。Leader 掛后，余下的非 Observer 服務(wù)器都會講自己的服務(wù)器狀態(tài)變更為 LOOKING，然后開始進(jìn)入 Leader 選舉過程?！　?/p>

(2) 每個Server會發(fā)出一個投票。在運行期間，每個服務(wù)器上的 ZXID 可能不同，此時假定 ZK1 的 ZXID 為 124，ZK3 的 ZXID 為 123；在第一輪投票中，ZK1 和 ZK3 都會投自己，產(chǎn)生投票(1, 124)，(3, 123)，然后各自將投票發(fā)送給集群中所有機器。　　

(3) 接收來自各個服務(wù)器的投票。與啟動時過程相同?！　?/p>

(4) 處理投票。與啟動時過程相同，由于 ZK1 事務(wù) ID 大，ZK1 將會成為 Leader?！　?/p>

(5) 統(tǒng)計投票。與啟動時過程相同?！　?/p>

(6) 改變服務(wù)器的狀態(tài)。與啟動時過程相同。